Topological Ion Optimized Composite Cathode for Proton‐Conducting Solid Oxide Fuel Cells

材料科学 阴极 复合数 氧化物 离子 质子 燃料电池 化学工程 纳米技术 复合材料 物理化学 有机化学 核物理学 冶金 物理 化学 工程类
作者
S.B. Tang,Min Fu,Z. Qin,Yang Gao,Zetian Tao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202501995
摘要

Abstract Proton ceramic fuel cells (PCFCs) are favored for their excellent performance under medium‐temperature conditions. However, their advancement is limited by sluggish oxygen kinetics and the lack of highly compatible cathodes. Nanocatalysts produced via in situ exsolution have emerged as a promising solution to overcome the limitations of conventional PCFC cathode catalysts. A novel three‐phase composite cathode, synthesized via in situ ion topology engineering, achieves enhanced performance in PCFCs. By introducing the transition metal V into BaCe 0.25 Fe 0.75 O 3‐δ (BCF), BaFe 2 O 4 nanoparticles are formed on the cathode surface through Fe‐Ba‐V ion exchange, simultaneously creating a BaCeO 3 ‐BaFe 1‐x V x O 3 co‐catalyzed interface. This composite cathode exhibits superior oxygen adsorption‐dissociation capabilities and serves as an efficient proton conduction carrier. The self‐assembled BaFe 2 O 4 , with its low thermal expansion coefficient, reduces the material's overall thermal expansion and improves cathode‐electrolyte compatibility. Additionally, the cathode's stability and catalytic activity are significantly enhanced. PCFCs utilizing BCF‐V as the cathode achieved an impressive power density of 1.73 W cm −2 at 650 °C and maintained stable operation for over 200 h at 600 °C.
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